龍 翼，嚴 鵬,*，陳紹民,，皇甫風(fēng)成

(1.紫金礦業(yè)集團股份有限公司； 2.富蘊金山礦冶有限公司)

新疆富蘊縣蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦(下稱“蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦”)巖石類型為火山-沉積變質(zhì)巖類，礦區(qū)主要的賦礦巖石是石榴子石鈣鐵輝石巖、鈣鐵輝石巖和磁鐵角閃斜長片麻巖。巖體結(jié)構(gòu)以塊狀結(jié)構(gòu)為主，層狀結(jié)構(gòu)或薄層狀結(jié)構(gòu)次之，塊狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)交叉分布，巷道圍巖穩(wěn)固性受軟硬層疊巖體的影響顯著。因軟硬層疊巖體巷道穩(wěn)固性差異大，普遍存在支護不到位或過度支護現(xiàn)象，巷道支護設(shè)計和施工缺乏系統(tǒng)性和針對性，支護質(zhì)量參差不齊、支護成本高、掘進速度慢。根據(jù)軟硬層疊巖體工程地質(zhì)條件，采取綜合性的巖體分級方法，合理選用支護方式和材料進行標準化分級支護，既能加快巷道掘進速度，降低支護成本，又能保障不同服務(wù)年限巷道的安全性和穩(wěn)定性，具有明顯的工程技術(shù)經(jīng)濟價值[1-5]。

1 軟硬層疊巖體巷道支護流程及分級方法

1.1 支護流程

軟硬層疊巖體巷道支護流程[6]如圖1所示。

圖1 軟硬層疊巖體巷道支護流程

1.2 巖體分級方法

對巷道圍巖進行科學(xué)分級是確定合理支護方式的前提，軟硬層疊巖體分級應(yīng)遵循“技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、協(xié)調(diào)配套”的科學(xué)理念。通過查新檢索國內(nèi)外巖體分級和巷道支護技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)金屬礦山巖體分級和巷道支護工程應(yīng)用狀況，采用國家標準分級方法、質(zhì)量指標評價法和質(zhì)量系數(shù)評價法綜合比較，對軟硬層疊巖體進行分級[7-12]。

1)國家標準分級方法。GB/T 50218—2014 《工程巖體分級標準》規(guī)定了分兩步進行的工程巖體分級方法。首先，將由巖石堅硬程度和巖體完整程度這2個因素所決定的工程巖體性質(zhì)，定義為“巖體基本質(zhì)量”，據(jù)此為工程巖體進行初步定級；然后，針對各類型工程巖體的特點，分別考慮其他影響因素，對已經(jīng)給出的巖體基本質(zhì)量進行修正，對各類型工程巖體再作詳細定級。

巖體基本質(zhì)量指標按式(1)計算：

BQ=100+3Rc+250Kv

(1)

式中：BQ為巷道圍巖基本質(zhì)量指標；Rc為巖石飽和單軸抗壓強度(MPa)；Kv為巖體完整性指數(shù)。

2)巖體質(zhì)量指標評價法。巖體質(zhì)量指標評價法依據(jù)式(2)計算巖體質(zhì)量指標(M)：

(2)

式中：Rb為巖石飽和軸向抗壓強度(MPa)；RQD為巖石質(zhì)量指標。

3)質(zhì)量系數(shù)評價法。質(zhì)量系數(shù)評價法依據(jù)式(3)計算巖體質(zhì)量系數(shù)：

(3)

式中：Z為巖體質(zhì)量系數(shù)；I為巖體完整系數(shù)；f為結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)。

2 巷道分級支護方式及支護參數(shù)指標范圍

按照T/CGA 033—2022 《黃金礦山巷道圍巖分級及支護技術(shù)規(guī)范》和GB 50086—2015 《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》有關(guān)技術(shù)要求，以紫金礦業(yè)集團股份有限公司紫金山金銅礦深部巷道支護標準、貴州錦豐礦業(yè)有限公司地下礦巷道支護標準等金屬礦山典型巷道支護工程實際經(jīng)驗為參考，針對Ⅰ～Ⅴ級巷道工程巖體類型，確定了軟硬層疊巖體巷道支護方式及參數(shù)范圍，結(jié)果見表1，主要技術(shù)指標范圍[1-2,13-16]見表2。

表1 軟硬層疊巖體巷道支護方式及支護參數(shù)范圍

表2 軟硬層疊巖體巷道支護主要技術(shù)指標范圍

3 軟硬層疊巖體巷道分級支護方法應(yīng)用

3.1 巖體結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)特征

蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦塊狀結(jié)構(gòu)巖體和層狀結(jié)構(gòu)巖體交叉分布，具體包括以下4類結(jié)構(gòu)巖體：

1)塊狀結(jié)構(gòu)巖體。分布于礦體及其兩側(cè)，巖性為變粒巖、淺粒巖、片麻巖、石榴子石巖、輝石巖和磁鐵礦石，巖體結(jié)構(gòu)致密，將巖體切割成塊狀、厚板狀，巖體較完整，巖體穩(wěn)定性較好。

2)層狀、薄層狀結(jié)構(gòu)巖體。分布礦體兩側(cè)，構(gòu)成礦體的上、下盤圍巖，巖性為片巖、大理巖，為軟弱—半堅硬巖石。層理、片理發(fā)育，巖體多呈片狀、薄板狀，巖體較完整，巖體破壞受軟弱夾層及蝕變程度的制約。

3)碎裂結(jié)構(gòu)巖體。分布于礦體及各類巖組近地表強風(fēng)化帶、構(gòu)造破碎帶中，巖體呈碎塊狀、松散狀，巖體力學(xué)介質(zhì)不連續(xù)，巖石破碎。巖體的變形破壞受軟弱結(jié)構(gòu)面制約，巖體穩(wěn)定性差。

4)散體結(jié)構(gòu)巖體。分布于地表強風(fēng)化帶、斷層破碎帶及泥化夾層中，結(jié)構(gòu)松散，似連續(xù)介質(zhì)。具顯著的塑性特征，變形時間短。巖體穩(wěn)定性受破碎帶的物質(zhì)組合控制，工程地質(zhì)條件差。

蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦巷道圍巖穩(wěn)固性受軟硬層疊巖體的影響顯著，典型的軟硬層疊巖體工程地質(zhì)特征見圖2。

圖2 典型的軟硬層疊巖體工程地質(zhì)特征

3.2 軟硬層疊巖體質(zhì)量分級

對于蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦軟硬層疊巖體，采用國家標準分級法、巖體質(zhì)量指標法和巖體質(zhì)量系數(shù)法分別計算巖體基本質(zhì)量指標BQ、巖體質(zhì)量指標M和巖體質(zhì)量系數(shù)Z。根據(jù)軟硬層疊巖體裂隙水發(fā)育情況及巖體穩(wěn)定性受結(jié)構(gòu)面影響程度，綜合3種分級方法修正后的分級結(jié)果見表3。由表3可知：大理巖和片巖巖體質(zhì)量為Ⅳ級，巖體質(zhì)量等級屬差；其余巖體質(zhì)量分級為Ⅲ級，巖體質(zhì)量等級屬中等。

表3 蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦軟硬層疊巖體分級

3.3 軟硬層疊巖體巷道支護

根據(jù)軟硬層疊巖體巷道支護方式及支護參數(shù)范圍，按照既符合支護安全技術(shù)要求，又能夠方便施工技術(shù)管理的原則，對于蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦軟硬層疊巖體，選擇的支護方式及支護參數(shù)見表4。軟硬層疊巖體巷道噴錨網(wǎng)支護設(shè)計見圖3，錨網(wǎng)和鋼拱架支護現(xiàn)場施工效果見圖4。在蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦650 m中段至500 m中段斜坡道和平巷的支護工程中，通過采用分級支護方式，標準化支護設(shè)計施工的質(zhì)量和效率明顯提升，巷道過度支護和二次返修現(xiàn)象得到有效控制，支護安全性好、成本低，應(yīng)用效果顯著[17-21]。

表4 軟硬層疊巖體巷道支護方式及支護參數(shù)

圖3 軟硬層疊巖體巷道噴錨網(wǎng)支護設(shè)計示意圖

圖4 錨網(wǎng)(a)和鋼拱架(b)支護

4 結(jié)論和建議

1)采用綜合方法對軟硬層疊巖體巷道圍巖進行分級，結(jié)合技術(shù)標準要求和典型巷道支護工程實際經(jīng)驗，確定的軟硬層疊巖體Ⅰ～Ⅴ級巷道支護方式及其參數(shù)指標范圍較為合理，具有指導(dǎo)意義和可操作性。

2)在蒙庫鐵礦床東礦段鐵礦典型軟硬層疊巖體工程地質(zhì)條件下，巷道分級支護設(shè)計和施工簡潔高效，巷道過度支護和二次返修現(xiàn)象得到有效控制，支護安全性好、成本低，應(yīng)用效果明顯。

3)建議加強軟硬層疊巖體巷道支護施工前的支護作業(yè)條件風(fēng)險評估，進一步提升支護作業(yè)的安全性和有效性。在斷層、巖爆、涌水量大等特殊工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下，應(yīng)根據(jù)特定的情況采取相應(yīng)的增強支護方案。

4)建議完善巖體分級支護管理制度和驗收標準，加強業(yè)主方和施工方安全生產(chǎn)技術(shù)一體化管理，優(yōu)化巷道鑿巖爆破和支護設(shè)計，加強現(xiàn)場施工組織管理，進一步提升錨網(wǎng)、噴射混凝土、鋼拱架等各支護環(huán)節(jié)銜接的時效性，提高軟硬層疊巖體巷道支護效率和質(zhì)量，降低支護的人工和材料成本。